Báo cáo đồ án cadcamcnc đề tài thiết kế và mô phỏng gia công khuôn ghế nhựa nhỏ

Đồ án nghiên cứu đồ án cadcamcnc đề tài thiết kế và mô phỏng gia công khuôn ghế nhựa nhỏ, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Chau Van Thanh Tuan
• Người hướng dẫn: ThS. Vo Quang Truong
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: CNKT Cơ điện tử
• Đề tài: Thiết kế và mô phỏng gia công khuôn ghế nhựa nhỏ
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế và mô phỏng gia công khuôn ghế nhựa

Thiết kế và mô phỏng gia công khuôn ghế nhựa nhỏ là một lĩnh vực quan trọng trong công nghiệp sản xuất hiện đại. Quy trình này kết hợp các công nghệ CAD/CAM/CNC tiên tiến để tối ưu hóa hiệu suất sản xuất. Khuôn ép nhựa được thiết kế chi tiết thông qua phần mềm CREO Parametric, giúp các kỹ sư xác định chính xác các thông số kỹ thuật. Việc ứng dụng mô phỏng gia công cho phép dự đoán và kiểm soát chất lượng sản phẩm trước khi sản xuất thực tế. Các máy CNC được lập trình theo mã G để thực hiện gia công với độ chính xác cao. Điều này không chỉ giảm chi phí sản xuất mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.1. Vai trò của công nghệ CAD CAM CNC trong thiết kế khuôn

CAD/CAM/CNC đóng vai trò then chốt trong thiết kế gia công khuôn ghế nhựa. Công nghệ CAD cho phép kỹ sư vẽ lại chi tiết và thiết kế khuôn 3D với độ chính xác cao. CAM giúp lập trình quá trình gia công, xác định chế độ cắt và chọn dao cắt phù hợp. CNC thực hiện gia công tự động theo chương trình đã được thiết lập. Sự kết hợp này tối ưu hóa quy trình công nghệ và nâng cao năng suất lao động đáng kể.

1.2. Ứng dụng phần mềm Creo Parametric trong thiết kế

CREO Parametric là công cụ chuyên dụng cho thiết kế chi tiết và khuôn ép nhựa. Phần mềm này cung cấp khả năng tạo bản vẽ 2D/3D chi tiết, tính toán khối lượng chi tiết dựa trên vật liệu thực tế. Các tính năng phân tích hướng chảy nhựa và thiết kế hệ thống cấp nhựa giúp tối ưu hóa hiệu suất khuôn. Xuất dữ liệu theo định dạng chuẩn ngành cho phép mô phỏng gia công trên các máy CNC hiện đại.

II. Quá trình thiết kế chi tiết ghế nhựa

Quá trình thiết kế chi tiết ghế nhựa nhỏ bao gồm các bước phân tích chi tiết, định dạng sản xuất và vẽ lại trên phần mềm. Trước tiên, kỹ sư phải phân tích kỹ lưỡng các bề mặt gia công và xác định phương pháp gia công tối ưu. Việc tính toán khối lượng chi tiết thực tế nhờ phần mềm Creo giúp xác định chính xác lượng nguyên liệu cần sử dụng. Sau đó, tạo khuôn cho chi tiết và tách khuôn thành các phần để dễ gia công. Cuối cùng là thiết kế hệ thống cấp nhựa, bao gồm kênh dẫn nhựa, cổng phun, rảnh thoát khí và hệ thống dẫn hướng định vị. Toàn bộ quá trình này đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2.1. Vẽ lại chi tiết gia công trên phần mềm Creo

Bản vẽ chi tiết được vẽ lại chính xác trên CREO Parametric từ các bản vẽ chế tạo gốc. Quy trình này bao gồm tạo bản vẽ 3D chi tiết sản phẩm, xác định các bề mặt gia công và công差 kỹ thuật. Phần mềm cho phép xuất bản vẽ 2D chuẩn tinh, kèm theo tính toán khối lượng chi tiết dựa trên vật liệu nhựa thực tế, hỗ trợ lập kế hoạch sản xuất hiệu quả.

2.2. Tách khuôn và phân tích hướng chảy nhựa

Tách khuôn là bước quan trọng trong thiết kế khuôn ép nhựa. Cần phân tích hướng chảy nhựa vào lồng khuôn để đảm bảo đổ đầy đều và tránh hư hỏng. Thiết kế cuốn phun, kênh dẫn nhựa và cổng phun phù hợp giúp tối ưu hóa quá trình đổ nhựa. Rảnh thoát khí được bố trí hợp lý để loại bỏ khí bẫy, nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

III. Thiết lập quy trình công nghệ gia công khuôn

Thiết lập quy trình công nghệ gia công khuôn là bước then chốt để đảm bảo hiệu suất sản xuất. Quá trình này bao gồm phân tích trình tự gia công, lựa chọn phương án gia công tối ưu nhất dựa trên tính chất vật liệu khuôn. Kỹ sư phải tính toán chế độ cắt bao gồm tốc độ cắt, tốc độ quay và lượng cắt cho từng nguyên công. Việc chọn dao cắt phù hợp với từng loại gia công (phay, tiện, khoan) là rất quan trọng. Cần chọn khuôn trên hoặc dưới tùy theo tính chất chi tiết. Quá trình này đòi hỏi kinh nghiệm và kiến thức sâu về công nghệ gia công để đạt hiệu quả tối đa.

3.1. Phân tích trình tự gia công và lựa chọn nguyên công

Trình tự gia công được lập kế hoạch chi tiết, bắt đầu từ gia công thô đến gia công tinh. Mỗi nguyên công (phay, tiện, khoan, mài) được sắp xếp theo thứ tự hợp lý để tối ưu hóa thời gian và chi phí. Tính toán chế độ cắt được thực hiện dựa trên vật liệu khuôn, thường là thép gia công. Lựa chọn dao cụ CNC phù hợp với độ cứng vật liệu đảm bảo chất lượng gia công cao.

3.2. Tính toán chế độ cắt và chọn dao cắt

Chế độ cắt bao gồm tốc độ quay (RPM), tốc độ tiến (F), độ sâu cắt được tính toán dựa trên tính chất vật liệu và loại dao cắt. Công thức tính toán dựa trên hướng dẫn của nhà sản xuất máy CNC và vật liệu. Chọn dao cắt phù hợp là quyết định được dựa trên kích thước chi tiết, độ chính xác yêu cầu và vật liệu khuôn. Các dao phay carbide được ưa chuộng do độ bền và hiệu suất gia công cao.

IV. Ứng dụng CAM CNC và xuất dữ liệu gia công

Ứng dụng phần mềm CAM là bước quan trọng để chuyển đổi thiết kế chi tiết thành chương trình gia công cho máy CNC. Quá trình này bao gồm thiết lập qui trình gia công mô phỏng cho từng nguyên công chi tiết. Phần mềm CAM tạo ra đường cơ khí (toolpath) tự động, xác định đường đi của dao cắt để gia công chi tiết chính xác. Mô phỏng gia công cho phép kỹ sư kiểm tra quá trình trước khi chạy máy thực tế, phát hiện sớm các lỗi tiềm ẩn. Cuối cùng, xuất dữ liệu chương trình theo định dạng mã G (G-code) để máy CNC thực hiện gia công tự động. Quy trình này đảm bảo độ chính xác cao, giảm sai sót và tối ưu hóa thời gian sản xuất.

4.1. Thiết lập qui trình gia công mô phỏng CAM

Qui trình gia công mô phỏng được thiết lập cho từng nguyên công riêng biệt. Phần mềm CAM tạo đường cơ khí dựa trên hình học chi tiết và chế độ cắt được tính toán. Mô phỏng gia công 3D cho phép quan sát toàn bộ quá trình, kiểm tra chuyển động máy, xác định thời gian gia công chính xác. Việc này giúp phát hiện va chạm dao hoặc dao gãy trước khi chạy máy thực tế.

4.2. Xuất dữ liệu chương trình gia công theo mã G

Xuất dữ liệu chương trình dưới dạng mã G (G-code) là bước cuối cùng trong quy trình CAM/CNC. Mã G là ngôn ngữ lập trình chuẩn cho máy CNC, chứa các lệnh chuyển động máy, kiểm soát tốc độ quay, tốc độ tiến. Mỗi nguyên công được xuất riêng rồi ghép lại thành chương trình hoàn chỉnh. Kiểm tra lại chương trình trước khi chạy máy thực tế đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM/CNC VÀ PHẦN MỀM CREO PARAMETRIC. Vai trò, chức năng của CAD/CAM/CNC: Xu thế phát triển chung của các ngành công nghệ chế tạo theo công nghệ tiên tiến là liên kết các thành phần của qui trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated Manufacturing - CIM). Các thành phần của hệ thống CIM được quảng lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD. Kết quả các quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật., lập qui trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính là dữ liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số như các loại máy công cụ, người máy, tay máy công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác.

Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào. CAD/CAM là lĩnh vực nghiêm cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một só chức năng nhất định. CAD/CAM tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động: Thiết kế và Chế tạo. Tự động hoá thiết kế: là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kỹ sư thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hoá các giải pháp thiết kế.

Tự động hoá chế tạo: là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hoá, điều khiển và kiểm ra các nguyên công gia công. Ứng dụng của CAD/CAM/CNC trong thiết kế sản phẩm: - Thiết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những hình dạng phức tạp. - Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các chứng năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số. - Phân tích và liên kế dữ liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý kế cấu lắp ghép… - Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kế các bản vẽ 2D với mô hình 3D và ngược lại.

- Liên kết với các phương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật: tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng chảy vật liệu, trường áp suất, trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu,… - Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho công nghệ gia công điều khiển số. - Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn. - Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể. 4 SVTH: Châu Văn Thanh Tuấn MSV: 22115044122255 Đồ án: CAD/CAM/CNC GVHD: ThS.

Võ Quang Trường 3. Giới thiệu phần mềm CREO PARAMETRIC và khuôn 2 tấm ép: Giới thiệu phần mềm CREO PARAMETRIC: Creo Parametric là một trong những phần mềm CAD/CAM nổi tiếng của công ty Parametric Technology Corporation (PTC). Đây là phần mềm chuyên nghiệp trong lĩnh vực thiết kế và gia công khuôn mẫu. Creo Parametric là phần mềm quản lý dữ liệu dưới dạng tham số, nhờ đó có thể thay đổi kích thước hình dạng sản phẩm thiết kế nhanh chóng.

Creo Parametric có thể giao tiếp với các phần mềm khác như: AutoCAD, Mechanical Desktop, Moldflow, Visi, … Creo Parametric là một phần mềm hoàn chỉnh và tích hợp. Các chương trình tích hợp lắp ráp với theo hệ thống có sẵn, chẳng hạn như Creo Parametric, chia sẻ dữ liệu với các Module khác. Creo Parametric là một phần mềm ứng dụng cơ bản trong một thành công cụ mạnh mẽ được phát triển để hỗ trợ môi trường thiết kế hợp và đồng bộ. Các đối tượng được tạo trong Creo Parametric có thể được chia sẻ trong các tính năng ứng dụng khác.

Toàn bộ tương quan về thiết kế sản phẩm chỉ cần thực hiện một lần duy nhất với mỗi đối tượng, và trong hệ này sẽ được phân tích trong các chế độ khác nhau. Ví dụ, một bản vẽ theo phép chiếu vuông góc sẽ được tạo theo chế độ DRAWING, thành phần đó có thể được gọi với các thành phần khác trong chế độ ASSEMBLY, khi có sự thay đổi với một PART, DRAWING hay ASSEMBLY người dùng có thể thực hiện một thay đổi với một tham số của thành phần đó. Ưu điểm của Creo Parametric: Creo Parametric dễ dàng thao tác sử dụng với một giao diện đẹp mắt, mang tính khoa học, hợp lý và thân thiện. Creo Parametric có khả năng thiết kế các sản phẩm từ đơn giản cho đến phức tạp.

Các chi tiết được thiết kế bởi Creo Parametric đều tồn tại dưới dạng các tham số. Vì vậy, dễ dàng thay đổi, chỉnh sửa được, tất cả được liệt kê trong Model Tree hiển thị cùng với màn hình thiết kế chi tiết. Người sử dụng phần mềm Creo Parametric có thể thiết kế chi tiết phức tạp dưới dạng các bề mặt bao quanh chi tiết rồi sau đó có thể tạo phần vật thể khối một cách dễ dàng. Phần mềm Creo Parametric có khả năng tạo ra dữ liệu điều khiển quá trình gia công để giao tiếp với máy gia công điều khiển chương trình (CNC) hoặc tạo ra dữ liệu theo định dạng kiểu STL (Stereo Litho Graphy) giao tiếp với máy tạo mẫu nhanh cho ra hình dạng hoặc mô hình thật của sản phẩm.

Đặc biệt, Creo Parametric có thêm các công cụ biến dạng bề mặt chi tiết, có thể thiết kế các chi tiết có hình dạng phức tạp với những thao tác rất đơn giản. 5 SVTH: Châu Văn Thanh Tuấn MSV: 22115044122255 Đồ án: CAD/CAM/CNC GVHD: ThS. Võ Quang Trường Giới thiệu về khuôn 2 tấm ép: - Khuôn 2 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa bên hông sản phẩm và khi mở khuôn thì chỉ có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa. - Đối với khuôn 2 tấm thì có thể thiết kế cổng vào nhựa sao cho sản phẩm và kênh dẫn nhựa tự động tách rời hoặc không tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa (xương keo) được lấy ra khỏi khuôn.

- Phương pháp dùng khuôn hai tấm rất thông dụng trong hệ thống khuôn ép phun.Khuôn gồm có hai phần: khuôn trước (khuôn âm) và khuôn sau (khuôn dương). Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo nhưng khuôn hai tấm thường chỉ sử dụng để tạo ra những sản phẩm dễ bố trí cổng vào nhựa. Kết cấu khuôn 2 tấm 6 SVTH: Châu Văn Thanh Tuấn MSV: 22115044122255 Đồ án: CAD/CAM/CNC GVHD: ThS. Võ Quang Trường CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CHI TIẾT VÀ PHÂN TÍCH 1.

Lựa chọn chi tiết: Các chi tiết gia công trên máy CNC thì yêu cầu độ chính xác và độ nhám bề mặt cao, do đó không thể gia công được trên các máy công cụ thông thường. ❖ Gồm các chi tiết: - Chi tiết là một bộ phận chính của các khuôn dập, khuôn dập vuốt, khuôn đúc, khuôn ép,. để tạo ra các sản phẩm nhựa, composite hoặc các sản phẩm cơ khí,. - Chi tiết có hình dạng bề mặt phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao như: Turbin thủy lực, khí nén, chân vịt tàu thủy,.

- Chi tiết yêu cầu độ chính xác và độ bóng bề mặt cao, yêu cầu phải tích hợp nhiều bước công nghệ trên một nguyên công khi thực hiện gia công chế tạo. - Trong khuôn khổ đồ án này em sẽ thực hiện đề tài để thiết kế gia công “ Khuôn ghế nhựa nhỏ” có kích thước 300x250x170. Chi tiết ghế nhựa nhỏ 7 SVTH: Châu Văn Thanh Tuấn MSV: 22115044122255 Đồ án: CAD/CAM/CNC GVHD: ThS. Võ Quang Trường 2.

Phân tích: - Rổ Sọc Tròn được sản xuất từ vật liệu nhựa Polypropylen (PP) là một loại nhựa nhiệt dẻo cứng được sản xuất từ monome propene (hoặc propylene). Nhựa nguyên sinh có công thức hoá học là (C3H6)n. PP là một trong những loại loại nhựa hydrocarbon resin giá rẻ nhất hiện nay. Với phần mềm CREO ta có thể chế tạo khuôn từ chi tiết , có một số phương pháp như sau: ‣ Đúc : đúc là quá trình nấu chảy nhựa với nhiệt độ cao, sau đó phun chất lỏng vào khuôn đúc có sẵn , tạo ra sản phẩm có hình dạng tùy ý,khả năng điền đầy vào khuôn cao , sản phẩm sau khi đúc thường có độ nhẳn bóng cao nên không cần gia công lại ‣ Phun : phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy vào lòng khuôn .Tạo ra những sản phẩm có hình dạng tùy ý ,trên cùng một sản phẩm , mặt trong và mặt ngoài có thể khác nhau, khả năng tự động hóa của chi tiết có tính lặp lại cao.

sản phẩm sau khi phun có độ nhẳn bóng bề mặt rất cao , nên khôn cần gia công lại, phù hợp với sản xuất sản phẩm khối nhỏ và vừa. • Kết luận : Vậy với chi tiết là “Ghế Nhựa nhỏ” nên em chọn phương pháp đúc trong khuôn kim loại và đưa vật liệu vào khuôn bằng phương pháp phun ép nhựa .Chi tiết được lựa chọn là bộ phận chính của khuôn để đúc ,để tạo ra khuôn sản phẩm. 8 SVTH: Châu Văn Thanh Tuấn MSV: 22115044122255 Đồ án: CAD/CAM/CNC GVHD: ThS. Võ Quang Trường CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHI TIẾT BẰNG PHẦN MỀM CREO 1.

Trình tự quá trình thiết kế ghế:  Bước 1: Khởi động phần mềm Creo với giao diện như (hình 3.1 Thiết lập vị trí làm việc: chọn Select Working Directorychọn vị trí lưu files Chọn New: Xuất hiện hộp thoại New. Trong Type chọn Part, trong USB type chọn Solid (hình 3.2) Đặt tên cho File Name: DOANCADCAMclick bỏ chọn Use defult template để thiết lập kích thướcchọn mms_part_soid_abs(hình 3.3 9 SVTH: Châu Văn Thanh Tuấn MSV: 22115044122255 Đồ án: CAD/CAM/CNC GVHD: ThS. Võ Quang Trường Click chuột chọn OK để thoát khỏi hộp thoại này. Lúc này Creo Parametric sẽ trình bày 1giao diện mới với 3mặt phẳng chínhTop, Right và Front (như hình 3.4 1 – Vẽ lệnh đầu tiên Extrude1: chọn mặt phẳng Right để Extrude tạo bộ khung cho chi tiếtchọn Center Rectangledài300rộng250cao170 như (hình 3.5 10 SVTH: Châu Văn Thanh Tuấn MSV: 22115044122255 Đồ án: CAD/CAM/CNC GVHD: ThS.

Võ Quang Trường 2 – Vẽ lệnh Extrude 2 và 3: chọn mặt chính diện của hình 1 để Extrude 2 vẽ biên dạng kích thước như (hình 3. Tiếp tục chọn mặt bên hình 1 để Extrude 3 vẽ biên dạng kích thước như (hình 3.7 3 – Dùng lệnh Round để bo 4 góc cạnh của ghế: Roundkích 4 góc cạnhsize 40OK(hình 3. Tương tự như vậy ta bo tiếp viền trên của ghế với size 10OK(hình 3.9 11 SVTH: Châu Văn Thanh Tuấn MSV: 22115044122255 Đồ án: CAD/CAM/CNC GVHD: ThS. Võ Quang Trường 4 – Dùng lệnh Hole để tạo lỗ cho ghế: Holekích mặt phẳng bên trên ghếtạo biên dạng như (hình3.

Tương tự ta dùng lệnh Round để bo viền tròn lỗ ghế với size 8 (hình3.